Sistemi di accumulo elettrochimico per la cessione programmata alla rete dell'energia da fonti rinnovabili e per i servizi di potenza

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1 Sistemi di accumulo elettrochimico per la cessione programmata alla rete dell'energia da fonti rinnovabili e per i servizi di potenza info@generplus.it Via dei Pelaghi, 162 LIVORNO Tel:

2 CHI SIAMO GENERPLUS, azienda accreditata come ESCO presso l AEEG, è una società capitalizzata da un gruppo di azionisti nel 2008 costruita valorizzando il know-how ed i contatti commerciali di EIS snc, società fondata nel 2004 da un gruppo di ingegneri qualificati provenienti da grandi società del settore elettrico (GE,Edison..) con l obiettivo di offrire prodotti e servizi innovativi nel campo dell efficienza energetica e produzione da fonti rinnovabili. Generplus ha esteso tale obiettivo ad un contesto internazionale, rafforzando le collaborazioni con importanti società del settore, incrementando la ricerca e promuovendo la cultura della qualità energetica in tutti gli ambiti della società civile, dall abitazione al posto di lavoro, dal trasporto pubblico a quello privato. 24/05/2013 2

3 I NOSTRI SERVIZI 24/05/2013 3

4 I NOSTRI SERVIZI IMPIANTI Moduli FV Solare Termico Pompe di calore SERVIZI Energy management Consulenza per TEE Progettazion e PRODOTTI BUS elettrici Batterie Litio Storage Industriale 24/05/2013 4

5 24/05/ SMART GRID

6 WE WOULD LIKE TO LEAD THESE TOPICS INTO SMART GRIDS, ENRICHING THEIR VALUE SMART MOBILITY END USER LEVEL IMPLEMENTATION 24/05/2013 6

7 GENERPLUS pursues a program dealing with: END USER LEVEL - DEVELOPMENT PV integration at local level Storage integration Matching between loads and generation Inverters advanced functions implementation (power quality) SMART MOBILITY Design and development for a new urban electric vehicle Remote Vehicle Control (BMS, VMS) Recharging Stations management Vehicle to grid 24/05/2013 7

8 Oltre 25 GW di potenza installata tra Eolico e Fotovoltaico Rinnovabili NON PROGRAMMABILI sempre più protagoniste Esigenza sempre crescente di disaccoppiare la produzione di elettricità dal suo consumo Diffusione di veicoli a trazione elettrica SMART GRID SMART CITY SMART BUILDING Esigenza crescente di sistemi di accumulo performanti e affidabili GENERPLUS 8

9 SMART LOADS DISTRIBUTION OF LOAD FROM PEAK HOURS TO TIMES OF LOWER ELECTRICITY USAGE. STORAGE SYSTEMS THEY CAN LIMIT THE PEAKS AND INCREASES ENERGY RESERVE REDUCTION OF ENVIRONMENTAL IMPACT THE LOWERING OF PEAK DEMANDS INVOLVES THE REDUCTION OF THE NUMBER OF POWER PLANTS NECESSARY, THEREFORE LOWER EMISSIONS. 9 GENERPLUS

10 DOVE E A COSA SERVE: Nelle zone isolate o difficilmente raggiungibili dalla rete elettrica (rifugi, campi, paesi in via di sviluppo, ecc.) Come sistema di alimentazione (nautica, illuminazione, pompe, bancomat, stazioni di telecomunicazioni, ecc.) Come sistema di Power Quality (qualità dell energia, parametri elettrici più costanti) Come sistema di emergenza (UPS, ospedali, rete, ecc.) In ambiente domestico permette di utilizzare al massimo il proprio impianto fotovoltaico: favorendo l autoconsumo; riducendo i picchi di assorbimento e quindi anche i costi. GENERPLUS 10

11 VANTAGGI DEL LITIO RISPETTO AL PIOMBO A PARITÀ DI ENERGIA Il Pesoridotto di circa 2-2,5 volte rispetto al piombo; Il Volumeridotto di circa la metà(nel caso di serie di celle); Non soggetta ad effetto memoria (possono essere caricate anche quando non sono completamente scariche); Tempi di ricarica notevolmente ridotti (grazie alla possibilità della carica veloce); Incremento della durata della vita(numero di cicli 6-9 volte maggiore); Migliore efficienza e maggiore profondità di scarica (fino all 80%); Perdite per auto scarica inferiori al 3% mensile. GENERPLUS 11

12 VANTAGGI DEL PIOMBO RISPETTO AL LITIO A PARITÀ DI ENERGIA Il costoècirca 2-3 volte piùbasso; Sono ben collaudate e conosciute; Non necessitano del BMS(Battery Management System: nel litio viene utilizzato per gestire e monitorare la ricarica di ogni singola cella, per aumentarne l efficienza, la durata e la sicurezza) GENERPLUS 12

13 CONFRONTO PIOMBO LITIO CARATTERISTICHE PIOMBO PIOMBO LITIO FIAMM 100Ah CL100 LYP100AHA Amperaggio 100 Ah 100 Ah 100 Ah Tensione singola cella 12 V 2 V 3,2 V N Celle necessarie Dimensioni (1pz) 329x172x214 (mm) 212x73x172 (mm) 218x62x179 (mm) Dimensioni (tot) 329x172x214 (mm) 212x438x172 (mm) 218x248x179 (mm) Volume (tot) (m 3 ) 0,01602 (m 3 ) 0,00968 (m 3 ) Peso (1pz) 32 kg 7,2 kg 3,6 kg Peso (tot) 32 kg 43,2 kg 14,4 kg Cicli di vita % DOD % DOD % DOD Esempio: Batterie da 12V a 100Ah % DOD % DOD % DOD Temperatura di scarica -20 C ~ 50 C -20 C ~ 60 C -45 C ~ 85 C Temperatura di carica -20 C ~ 50 C -10 C ~ 60 C -45 C ~ 85 C Temperatura max di resistenza n.d. n.d. 200 C Corrente di ricarica standard 0,15 CA 0,2 CA 0,5 CA Massima corrente di ricarica 0,25 CA 0,2 CA 3 CA Massima corrente di scarica Costante 1,5 CA Costante 1,5 CA Costante 3 CA Impulsiva 3,5 CA Impulsiva 5 CA Impulsiva 20 CA Auto-scarica 3% (mese) 3% (mese) 3% (mese) Prezzo GENERPLUS 13

14 Le prospettive di mercato dei sistemi di accumulo stanno rapidamente crescendo con l evoluzione tecnologica del sistema elettrico, che mira, tra l altro, ad aggiungere maggiore intelligenza (con le Smart Grids e la generazione distribuita) ed ad aumentare il contributo delle fonti rinnovabili. L accumulatore al litio è l ultima e più promettente generazione di accumulatori per le applicazioni più diverse. Tali batterie usano una varietà di materiali elettrodici ed elettrolitici dando vita ad un elevato numero di coppie elettrochimiche e conseguentemente ad una classe di prodotti al litio oggi commercialmente disponibili o in fase di avanzata ricerca e sviluppo GENERPLUS 14

15 Il motivo per cui queste batterie trovano un cosìlargo impiego èil materiale con il quale esse sono realizzate, il Litio infatti èun metallo molto leggero e proprio per questa caratteristica rappresenta uno dei punti di forza di queste batterie poiché il loro peso è molto contenuto. Le batterie al litio metallico garantisce a queste ultime notevoli vantaggi in termini di bassa resistenza interna, elevata capacitàe, conseguentemente, elevata potenza ed energia specifica ma, a causa dell estrema reattivitàdel litio metallico, ha posto alcuni problemi di sicurezza che ne hanno impedito la diffusione commerciale. L anodo delle batterie litioioneha prestazioni inferiori a quello delle batterie al litio metallico ma, essendo meno reattivo, offre maggiore stabilitàe sicurezza d uso. Gli accumulatori al litio presentano un catodo (polo positivo) formato da un ossido metallico, in questo caso ossido di litio metallico, ed un anodo(polo negativo) formato da carbonio poroso. Nel processo di scarica si instaura un flusso di ioni dall anodo al catodo attraverso una soluzione elettrolitica. Generalmente negli accumulatori al litio l elettrolita èformato da un sale di litio disciolto in una sostanza organica. I sali di litio possono essere l esafluoruro di fosforo, (LiPF6) il tetrafluoborato (LiBF4) o il perclorato di Litio (LiClO4) GENERPLUS 15

16 Attualmente sul mercato sono presenti varie tipologie di accumulatori al Litio. Ognuno di essi presenta piùo meno lo stesso principio di funzionamento ma differisce nel materiale con cui il catodo èrealizzato I materiali più comuni: Ossido di Litio cobaltato (LiCoO2), Diossido di manganese del Litio (LiMnO2) Fosfato Ferroso di Litio (LiFePO4) Litio nichel Manganese diossido di Cobalto (LiNiMnCoO2) Litio nichel cobalto diossido di alluminio (LiNiCoAlO2) GENERPLUS 16

17 Litio-Diossido di Cobalto Gli accumulatori al Litio-Diossido di Cobalto, chiamati anche LCO o LiCoO2, sono realizzati tramite un catodo di ossido di cobalto ed un anodo di carbonio sotto forma di grafite. Presenta una tensione nominale di 3,60 V, permette un buon numero di cicli di scarica ( ) e presenta una densità energetica nell ordine di Wh/Kg. Il vantaggio principale di questa tipologia di batterie (Li-poly) èche non necessitano di un contenitore metallico, sono leggere e possono essere sagomate per occupare meno spazio. Sebbene presenti un ottima densitàenergetica, questa tipologia di accumulatori ha un maggior tasso di degrado in funzione del ciclo di vita. Tra le tipologie di celle al litio, le LCO sono le meno sicure necessitano di circuiti di protezione specifici per evitare esplosioni della batteria o corto circuiti. GENERPLUS 17

18 Litio-Ossido di Manganese Questi accumulatori chiamati anche LMO o LiMn2O4. Tensione nominale di cella di 3,80 V cicli di scarica ( ) una corrente di scarica molto piùelevata rispetto alle LCO. Corrente di scarica maggiore, tuttavia, si traduce in una minoredensitàenergetica che per le LMO èdell ordine dei Wh/Kg. A prova di perdita poichél elettrolita èsolido. Basso tasso di autoscarica, dell ordine del 5% al mese. Le batterie LMO hanno costi maggiori rispetto agli LCO. Sono piùsicure perchéhanno una maggiore resistenza agli stress termici dovuti alle alte temperature. Necessitano comunque di un circuito di protezione proprio come per le batterie LCO. GENERPLUS 18

19 Litio- Ferro- Fosfati Chiamati anche LiFePO4 o LFP, rappresentano una tra le piùimportanti tipologie di accumulatori al litio. Scoperte e progettate nel 1966 dall Università del Texas. Ottime performance elettrochimiche Bassa resistenza interna che le rende particolarmente adatte ad applicazioni in cui è richiesta elevata corrente di scarica. Tensione Nominale di 3,3 V Densitàenergetica media tra Wh/kg. Cicli di scarica che risulta variabile tra cicli. Hanno una durata di vita maggiore delle precedentie Resistenza alle alte temperature di lavoro. Le LFP presentano il piùelevato tasso di sicurezza tra tutti i tipi di accumulatori al Litio Hanno un tasso di autoscarica leggermente piùelevato rispetto alle stesse, anche se comunque tra i più bassi tra le tipologie presenti sul mercato. GENERPLUS 19

20 Litio-Nichel-Manganese-Diossido di Cobalto Questo tipo di accumulatore ha fatto la prima apparizione sul mercato nel Il catodo èrealizzato con una mistura di nickel,manganesee cobaltoe sono note anche con la sigla di NMC. Tensioni nominale di cella tra 3,60 V e 3,70 V Densitàenergetica anch essa variabile tra 140 Wh/kg e 180 Wh/kg. Godono di un buon numero di cicli di scarica al pari delle LFP Necessitano come per le celle LCO e LMO di un circuito di protezione per ridurre i rischi di combustione delle cella. GENERPLUS 20

21 GENERPLUS 21

22 La Seconda Generazione della tecnologia agli ioni di Litio è rappresentata dalle: RARE EARTH LITHIUM YTTRIUM BATTERY inventata da Winston Chung ed introdotta nel mercato negli anni 90 e sviluppata fino al La batteria Re LY di Winston èprotetta da copyright. Il rapporto massa/energia è di 130Wh/Kg (teoricamente 800 Wh/kg) Massima sicurezza e non esplosività La batteria RE LY di Winston ècertificata dalla JBI (USA) il centro di ispezione e supervisione delle forniture elettriche del ministero della information technology ed i loro risultati mostrano quanto siano conformi agli standard internazionali di sicurezza. Ha ottenuto la certificazione PONYed i risultati mostrano come le batterie siano conformi alla norma UN Transport of Dangerous Goods Recomendations, confermato dal fatto che la AXA, una delle maggiori compagnie assicurative europee, fornisce servizi assicurativi per i clienti che acquistano batterie Winston. GENERPLUS 22

23 User-friendly e Speed recharging La seconda generazione di batterie RE Winston può essere caricato con alte correnti. Le normali batterie ricaricabili, comprese quelle al litio ferrose ed ai polimeri di litio soffrono la carica veloce in quanto ne riduce la vita. Costo e longevità La seconda generazione di batterie RE può essere caricata e scaricata per migliaia di volte in ossidazione e riduzione. E la batteria con il miglior rapporto performance/costo rispetto alle altre batterie agli ioni di litio. Il suo costo si colloca a <1 /Ah circa <300 /kwh Tecnologia ormai matura: La capacitàdi una singola cella èindicatore della maturitàdella tecnologia. Winston Battery, prima Thundersky, ha introdotto sul mercato celle da 90 Ah nel 1997, da 150 Ah nel 1999, da 200 Ah e 300 Ah nel 2000, da 400 Ah e 600 Ah nel 2003, da 700 Ahnel 2004, 800 Ah e 1000 Ah nel 2005, 3000 Ah nel 2006, 7000 Ah nel 2007 e Ah nel A basso impatto ambientale: Generplus ritirerà per conto di WINSTON BATTERY e ricicla le batterie usate (SECOND LIFE). GENERPLUS 23

24 In Joint venture con l International Battery Reserch Institute of Texas University in USA, Mr Winston ha sviluppato la Batteria Litio-terre rare di Terza Generazione le TERRE RARE-SOLUFURO-LITIO Questa tecnologia, che potenzialmente è in grado di raggiungere una densità energetica di Wh/kg ed una densitàvolumetrica di Wh/l con 5000 cicli agli stessi costi di produzione delle precedenti In una prima piccola produzione di serie ha raggiunto una densitàenergetica di 830 Wh/kg e 690 Wh/l con 3700 cicli (a 80% DOD) Batterie con tali caratteristiche saranno sul mercato molto PRESTO dando inizio ad una vera e propria RIVOLUZIONE GENERPLUS 24

25 SETTORI DI UTILIZZO Mobilitàelettrica:auto, scooter, muletti (+ zavorra di ferro per compensare il peso), golf trolley e minicar, nautica (alimentazione utenze di bordo); Sistemi di emergenza: ospedali, banche, ecc.; Power quality: per migliorare la qualitàdell energia ed evitare sbalzi di tensione (es. sistemi di precisione, cartiere, ecc.); Ridurre picchi di assorbimento e quindi anche le spese; Sistemi stand alone: camper, barche, zone isolate, paesi in via di sviluppo, ecc. GENERPLUS 25

26 Configurazione della cabina storage Winston Batterie: 519 celle di tipo 1000Ah Carica batterie: 1 set, 100 kw*3 Inverter: 1 set, 50 kw*3 Spazio usato dalla cabina storage (interno) Lunghezza x larghezza x altezza: 13m x 2,1m x 3m Con ventilazione / Con messa a terra Questo prodotto èuna cabina di accumulo di energia, progettata principalmente per utenti che hanno bisogno di un alimentazione costante, per esempio: ospedali, scuole, famiglie, ville, grandi alberghi, e vari istituti di ricerca. Può essere realizzato con varie tipologie di potenza, e con diversi tempi di intervento in caso di blackout. L'apparecchiatura può caricare automaticamente le batterie utilizzando energie prodotte in loco(fotovoltaico, eolico, biomassa, ecc.) oppure prelevando energia dalla rete prediligendo il momento in cui questa ha un costo èminore. MODELLO: WB1600 KWH AC/AC (CABINA DI ACCUMULO DI POTENZA) DETTAGLI DI CARICA DETTAGLI DI SCARICA SPECIFICHE DELLE BATTERIE TUTTI I Da 00:00 alle 7:00 TUTTI I Dalle 7:00 alle 24:00 MODELLO GIORNI CARICA AC/380V/200A x3 GIORNI SCARICA AC/380V/200kW/8h ENERGIA AC/220V/100kW/16h TOTALE VITA WB-LYP3000AhC*180 1,6 MWh > 30 anni GENERPLUS 26

27 Stazione di stoccaggio Sede Uffici Winston 1 MW di storage 240 celle rare-ittrio litio da 1000 Ah Carica Scarica Università California 1,1 MW di storage 264 celle rare-ittrio litio da 1000 Ah Carica Scarica Shanghai World expo 620,72 kwh di storage 280 celle rare-ittrio litio da 700 Ah Collegato ad impianto FV ed eolico GENERPLUS 27 GENERPLUS 27

28 Stazione di stoccaggio mobile da 1,6 MW Per usi in emergenze: siti di disastri, Siti di guerra, particolari eventi pubblici. E predisposto per la ricarica lenta e per quella veloce. GENERPLUS 28 GENERPLUS 28

29 GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing. Carlo Giangregorio Amministratore Delegato Generplus Spa Mail: c.giangregorio@generplus.it GENERPLUS 29 GENERPLUS 29